Appunti per I e II esonero esame Chimica

Chimica

La Materia

tutta la materia è formata da atomi.

Possiamo distinguerla in:

• Sostanze pure
• Miscele
  • omogenee
  • eterogenee

Sostanza pura: è una sostanza formata da un solo tipo di entità (atomi, molecole...)

Miscele: è formata da entità diverse

FASE: parte di un sistema chimico-fisica separata dal resto da superfici fisicamente definite ed avente proprietà chimiche e fisiche costanti

✔ SOSTANZA PURA: sistema omogeneo (solido, liquido, gassoso) con composizione definita e costante anche sotto sollecitazioni fisiche esterne. (Es: acqua pura => vapore)

Si dividono in:

• sostanza elementare: costituita da un solo tipo di atomo (O₂)
• composta: costituita da atomi di diverse specie (H₂O)

L'atomo

è l'entità più piccola della materia

• atomi naturali: 90 (stabili)
• atomi artificiali: 28 (tempo di vita breve)

Gli atomi appartengono agli elementi, ogni elemento è caratterizzato da un certo numero di protoni e neutroni nel nucleo ed elettroni.

Quando un atomo appartiene ad un elemento può essere rappresentato da una o due lettere => nel simbolo è insita la natura dell'elemento.

Simboli corrispondono alle formule: FORMULA CHIMICA è descrivere la composizione di una sostanza.

• FORMULE CHIMICHE

Formula minima o empirica: tipo di elementi e rapporto minimo tra gli stessi (H₂O₂ => HO)

Formula molecolare: numero di atomi per ciascun elemento costituente la molecola

Formula di struttura: rappresenta la concatenazione dei legami fra gli atomi e la loro disposizione nello spazio

Esempio: CAFFEINA

C₈H₁₀N₄O₂ C₄H₅N₂O

ATOMO

• Formato da nucleo e elettroni, differiscono per le particelle subatomiche
• Nucleo: formato da protoni e neutroni, molto piccolo, contiene tutta la massa dell'atomo, positivo
• Le particelle singolarmente non determinano l'atomo (sono sempre le stesse) ma è la loro precisa combinazione a determinare l'atomo
• Protoni: si trovano nel nucleo, hanno una massa a riposo M_R= 1,673 · 10^-27 kg
• p⁺ sono carichi positivamente Q = +4,6022 · 10^-19 C
• Neutroni: si trovano nel nucleo M_R = 1,675 · 10^-27 kg, sono neutri Q=0 attenuano la repulsione coulombiana fra i protoni
• Elettroni: orbitano attorno al nucleo, M_R = 9,1094 · 10^-31 kg, sono carichi negativamente e^-, Q = -1,6022 · 10^-19 C
• L'atomo è neutro se # di p⁺ = # di e^- (carica 0)
• Posso manipolare gli elettroni; solo e^- modificano la carica dell'atomo
• Tolgo almeno un e^- ottengo IONE positivo => CATIONE (+)
• Aggiungo almeno un e^- ottengo IONE negativo => ANIONE (-)
• Unicità degli atomi è dato dalla combinazione delle particelle
• Numero atomico (Z): è il numero di protoni che determina la natura dell'elemento: REATIVITÀ
• Numero di massa (A): è il numero di protoni e neutroni

GLI ELEMENTI

• Si distinguono per il numero atomico
• Sono distinti da un simbolo (H, Cl, Na, O...)
• E.g.
  • ¹₁H formato da 1p⁺ e 1e^-
• Isotopi: atomi dello stesso elemento con stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni (cambia la massa)
  • Es. l'idrogeno ha 2 isotopi: ²H = deuterio D, ³H = trizio T
  • ¹H più stabile, minima repulsione, più abbondante
  • ³H instabile, eccesso di neutroni, tende a decomporsi => decadimento radioattivo
• Abbondanza isotopica: descrive la quantità dell'isotopo in natura, misura la stabilità
• Es. 100 H = 99.98% ¹H + 0,015% D + tracce T

REAZIONI DI COMBUSTIONE

formale di combustibile + comburente (O₂)

1 CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

es.

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

C₆H₆ + 7.5 O₂ → 6 CO₂ + 3 H₂O (coeff. stechiometrici: 2 4.5 12 6)

- se non ho abbastanza O₂ per bruciare la reazione non termina ma prende una via traversa:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

se fossi in difetto di O₂ → ottengo CO (LETALI)

- una reazione avviene in condizioni stechiometriche se le quantità di reagenti in moli rispettano i coefficienti stechiometrici

es.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

- 1 : 2 se avessi 4 n_CH4 → 1 : 2 = 4 8 n_O2

1,64 moli di CH₄ = 1,64 moli n_O2 : 2 = n_O2 = 1,64 : 2 = 3,28

1,64 moli di CO₂ = 3,28 moli di H₂O

- se non siamo in condizioni stechiometriche: eccesso e difetto

la quantità dei prodotti e' determinato dal reagente in difetto

es. in difetto

3 moli di CH₄ e 5 moli di O₂

1 : 2 =) n_O2 : -> n_O2 = 6 moli teoriche

1 : 2 = n_CH4 5 = n_CH4 = 2.6 moli teoriche (in eccesso)

CH₄ + 2 O₂ → 1 CO₂ + 2 H₂O

stato iniziale 3 5

stato finale (3 - 2.5) 2.5 5

2) 22,08 g di AgNO₃ 10,00 g di H₂SO₄

2 AgNO₃ + H₂SO₄ → 2 HNO₃ + Ag₂SO₄

Quanti g di Ag₂SO₄?

n_AgNO3 = ^22.08/₁₆₉ = 0.13 n_H2SO4 = ^10,00/₉₈ = 0.10

0.13 n_H2SO4 : 2 : 1 = n_H2SO4 = 0,13 = 0.065

Decadimenti Radioattivi

Procedimento per il quale un nucleo si trasforma in un altro liberando energia.

I prodotti hanno massa minore e più stabile.

4 tipi di decadimento:

1. Decadimento α SPONTANEO: nucleo emette particella 2²α₄ + 2n
   • x^A_Z → y^A-4_Z-2 + α + Energia
   • λ altro elemento
   • es. ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂α
2. Decadimento β^- SPONTANEO: β^- elettrone nucleare n → p⁺ + β^- + Energia
   • x^A_Z → y^A_Z+1 + β^- + Energia
   • λ altro elemento
   • es. ³₁H → ³₂He + β^- + Energia
3. Decadimento β⁺ NON SPONTANEO: β⁺ elettrone con carica + POSITRONE
   • E + p⁺ → n + β⁺ + Energia
   • x^A_Z → y^A_Z-1 + β⁺ + Energia
   • es. ¹¹₆C → ¹¹₅B + β⁺ + Energia

   + β^- + β⁺ = Energia => ANNULLIMENTO

4. Cattura Elettronica NON SPONTANEA: nucleo cattura un elettrone della strato più interno
   • p⁺ + e^- → n + Energia
   • E + x^A_Z e^- → y^A_Z-1 + E
   • es. E + ⁴⁰₁₉K + e^- → ⁴⁰₁₈Ar + E

PET: per rivelare la posizione di un tumore

È un emettitore di positroni. ^F viene legato a un carrier che ha affinità per il tumore.

Il positrone si annichila con un e^-, emettendo una coppia di fotoni (ugual energia, direzione opposta).

Dalla rivelazione dei fotoni si risale alla localizzazione del tumore.